东北主要树种径向生长对异常气候变化的响应规律研究

摘要

20世纪以来，气候变暖导致一些极端气候事件的强度变大、发生频率增加，从而给社会经济带来更为严重损失。东北地区位于我国高纬度地区，气候变化剧烈。东北林区是我国面积最大的林区，温带针阔混交林和寒温带针叶林是东北森林生态系统的主体，即使较小的气候变化都会对东北森林产生明显的影响。在此背景下，本文利用东北地区（长白山、小兴安岭和大兴安岭）红松（Pinus koraiensis）、蒙古栎（Quercus mongolica）、水曲柳（Fraxinus mandshurica）、樟子松（Pinus sylvestris var.mongolica）和兴安落叶松（Larix gmelinii）树轮数据分析不同地区同一树种、同一地区不同树种以及不同地区不同树种对3种异常气候事件（1980年后升温、1976/77年PDO相位转换、ENSO事件）的响应差异性和一致性。主要得到以下结论:
　　(1)长白山地区，在同一采样点不同树种间年轮-气候响应差异明显，红松径向生长主要受温度影响，尤其是最低温度的限制;而蒙古栎径向生长主要受温度和水分条件限制，但水分指标要强于温度指标;而水曲柳主要受温度和水分指标影响，并且温度指标要强于水分指标，这说明树木生长与气候因子的关系具有一定的物种特性。不同采样点同一树种与气候的关系也存在差异，随着纬度降低（老白山、露水河、红石），3个采样点红松与生长季（6-9月）水分条件的相关性由显著正相关、到负相关、再到正相关，而与温度的正相关则逐渐减弱;3个采样点水曲柳与生长季温度的正相关性逐渐减弱，而与生长季水分条件由显著负相关、到负相关，再到正相关。2个采样点（红石、露水河）蒙古栎与生长季水分条件相关性从显著正相关到负相关，而其与生长季温度的相关性从负相关到正相关。
　　小兴安岭地区，在同一采样点不同树种间年轮-气候响应差异明显，红松主要受温度影响，特别是最低温度;蒙古栎则主要受水分条件限制;而水曲柳主要受温度和水分条件共同影响且温度要强于水分条件，这同样说明了树木生长与气候因子的关系具有一定的物种特性。不同采样点同一树种与气候的关系也存在差异，随着纬度降低（鹤北、亮子河、永幸），3个采样点红松与生长季（6-9月）水分条件的相关性由负相关、到较弱相关、到正相关，而与温度的正相关则逐渐减弱;3个采样点蒙古栎与生长季水分条件都显著正相关，而与生长季温度的负相关则逐渐减弱。2个采样点（鹤北和永幸）水曲柳与生长季温度的正相关性逐渐增强，同时与生长季水分条件不显著，但与前期水分条件的相关性则逐渐加强。
　　大兴安岭地区，樟子松和兴安落叶松主要受温度和水分条件共同制约，由于不同采样点气候条略有差异，在影响程度上会有不同。随着纬度的降低（图强、莫尔道嘎、金河、阿龙山），樟子松与生长季温度的负相关性逐渐增强。3个采样点（莫尔道嘎、金河、阿龙山）兴安落叶松与生长季温度的负相关性逐渐增强，而与生长季水分条件的相关性由正相关、到负相关、再正相关。
　　(2)红松径向生长对1980年后增温的响应在不同采样点表现不同。在吉林老白山（北部），红松生长随着温度升高而升高;红石和露水河（中东部和南部），红松生长随温度升高生长减缓。在黑龙江大亮子河（中西部），红松径向生长随温度升高而下降（“分异现象”）;在永幸林场（东部），红松生长随温度升高变化不大;在鹤北林业局（北部），红松径向生长随温度升高呈上升趋势。除永幸蒙古栎径向生长随温度升高呈现轻微上升趋势外，其他4个采样点（红石、露水河、鹤北和亮子河）蒙古栎生长并没有随温度升高出现显著的变化。另外，5个采样点（红石、露水河、老白山、鹤北和永幸），水曲柳径向生长都与温度呈同步变化。在大兴安岭西北部（阿龙山、金河和莫尔道嘎），樟子松径向生长出现随温度升高而下降的“分异现象”，但是都不显著;在黑龙江图强（北部），樟子松生长随温度升高呈显著上升趋势。3个采样点（阿龙山、金河和莫尔道嘎）兴安落叶松径向生长并没有随温度升高出现明显变化。随着气候变暖和降水格局的改变，未来红松适宜区可能会北移，而在蒙古栎、水曲柳等阔叶树种中并没有发现;另外，大兴安岭地区樟子松衰退现象可能会加剧，有些地区的兴安落叶松也可能会出现生长衰退现象。
　　(3)1976/77年PDO相位转换显著影响树木径向生长。在1977年以前，水曲柳径向生长与PDO关系不显著;在1977年以后，5个采样点水曲柳树轮与PDO关系显著增强;但是，PDO相位转变对5个采样点蒙古栎径向生长影响不显著。另外，不同地点红松在PDO相位转换后表现不同，在1977年后PDO与北部红松径向生长呈正同步变化，而其他地区红松生长与PDO变化不一致，这说明PDO相位转变导致区域气候改变会对一些地区红松的生长产生负影响，使其出现衰退现象。相似的研究结果在大兴安岭地区樟子松和兴安落叶松中也有发现。
　　(4)ENSO事件影响东北局地气候进而影响部分树木径向生长。东北地区温度与ENSO指数在低频上呈显著正相关关系，这说明ENSO对局地气候影响存在长期效应。同时，通过叠加点事件分析发现，ENSO事件对鹤北、亮子河红松生长呈负影响、对其他4个采样点（红石、露水河、老白山和永幸）红松生长呈正影响;对老白山水曲柳生长呈正影响、而对鹤北水曲柳生长呈负影响;对长白山地区（红石和露水河）蒙古栎生长呈正影响、对小兴安岭地区（鹤北和永幸）蒙古栎生长呈负影响;对莫尔道嘎、阿龙山樟子松生长呈负影响、对金河樟子松生长呈正影响。另外，ENSO事件不仅对东北地区树木当年的生长有影响，还对其后1年和后2年的生长存在明显的影响。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国外研究进展

1．3 国内研究进展

1．4 研究目的和意义

2 研究区概况与研究方法

2．1 研究区自然概况

2．1．1 地形地貌

2．1．2 气候条件

2．1．3 土壤条件

2．1．4 植被分布

2．1．5 研究树种概况

2．2 研究方法

2．2．1 采样与预处理

2．2．2 交叉定年与年表建立

2．2．3 气候数据与统计分析

3 东北主要树种径向生长对1980年后快速升温的响应对比

3．1 不同地区针阔树种年表特征的比较

3．1．1 年表统计特征值比较

3．1．2 年表变化趋势比较

3．2 不同地区1980年前后气候变化

3．3 东北地区主要树种径向生长与气候关系

3．3．1 不同树种与气候因子关系

3．3．2 主要树种生长-气候关系的时间动态

3．4 1980年前后对快速升温响应的对比

3．5 讨论

3．5．1 不同地区树木生长与气候关系的差异

3．5．2 不同树种径向生长与气候关系的对比

3．5．3 1980年后快速升温对不同树种径向生长的影响

3．6 本章小结

4 东北主要树种径向生长对PDO相位转换的响应差异

4．1 1976／77年PDO相位转换前后树木生长和气候变化比较

4．2 1976／77年PDO相位转换对年轮-气候关系的影响

4．2．1 长白山

4．2．2 小兴安岭

4．2．3 大兴安岭

4．3 树木年表与PDO指数之间的关系

4．3．1 长白山

4．3．2 小兴安岭

4．3．3 大兴安岭

4．4 讨论

4．4．1 长白山地区树木生长对PDO相位转换的响应差异

4．4．2 小兴安岭地区树木生长对PDO相位转换的响应差异

4．4．3 大兴安岭地区树木生长对PDO相位转换的响应差异

4．5 本章小结

5 东北主要树种径向生长对ENSO事件的响应差异

5．1 树木生长与ENSO指数的关系

5．1．1 长白山

5．1．2 小兴安岭

5．1．3 大兴安岭

5．2 ENSO事件对树木生长影响的对比

5．3 讨论

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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